CVOCs微波催化氧化过程的催化剂失活行为及解决策略研究.pdfVIP

摘要

含氯挥发性有机化合物（CVOCs）是一类毒性大、难降解、来源广泛的物质，普

遍存在于环境介质中，对生命有机体构成严重威胁。催化氧化技术是低温下降解

CVOCs的最有效方法之一，但在反应过程中催化剂易因中毒、烧结、积碳等原因失

活，严重缩短了催化剂的使用寿命，影响了CVOCs的降解效率。本课题探究了CVOCs

催化氧化过程中催化剂的失活行为，研究其过程机理，并提出再生和掺杂改性两种解

决策略。主要结果如下：

1）本文以二氯甲烷（DCM）为目标污染物，研究了MnO/TiO催化剂在微波场

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下催化降解DCM过程中的失活行为，结果表明对催化剂失活程度的影响因素中，微

波功率空气流速催化剂用量；XRD和TG-DSC结果表明催化剂表面存在积碳现

象；BET结果表明重复使用后催化剂孔结构坍塌，导致催化剂因表面活性氧供应不

足而中毒；XPS结果表明Mn、Ti元素出现流失现象。针对上述原因分别提出失活函

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数方程，并根据实验数据进行参数求解，方程拟合度较高（R≥0.9741）。

2）采用高温焙烧和微波处理进行了催化剂再生实验，结果表明焙烧处理后能使

催化剂活性恢复的最佳条件为：焙烧温度600℃、焙烧时间5h、催化剂用量2g，

此时催化剂活性可恢复至94.25%；微波处理后能使催化剂活性恢复的最佳条件为：

微波功率800W、再生时间2.5h、催化剂用量2g，此时催化剂活性可恢复至97.43%。

表征分析表明微波再生后催化剂的晶型、比表面积、吸附氧含量等理化性质均优于焙

烧所得催化剂，因此微波处理后其活性恢复情况更好。利用响应曲面法（P0.0001）

对微波再生催化剂催化氧化DCM的条件进行优化，得到最佳反应条件为微波功率

753W、再生时间2.46h，催化剂用量2.96g，此时DCM降解率可达到92.79%。

3）选择Ce、Fe、Sn三种元素分别对催化剂进行掺杂以提高催化剂的稳定性。

结果表明连续三次使用后三种催化剂的活性仍能保持90%以上，催化剂稳定性顺序

CeO-MnO/TiOSnO-MnO/TiOFeO-MnO/TiO。其中CeO-MnO/TiO催化剂因

x22x22x22x22

CeO2具有面心立方晶体结构，更容易进行电荷转移，且有更强的活性氧迁移能力，

所以表现出最优异的稳定性。响应曲面法（P0.0001）得到的CeO-MnO/TiO催化

x22

氧化DCM的最佳反应条件为微波功率727W，空气流速2681h-1，催化剂用量2.53

g，此时DCM降解率可达到95.20%。

关键词催化氧化技术；微波；二氯甲烷；催化剂失活；催化剂再生；掺杂改性

Abstract

Chlorinatedvolatileorganiccompounds(CVOCs)areaclassofsubstanceswithhigh

toxicity,difficultdegradationandwidesources.Theyareubiquitousinenvironmentalmedia

andposeaseriousthreattolivingorganisms.Catalyticoxidationtechnologyisoneofthe

mosteffectivemethodstodegradeCVOCsatlowtemperature.However,thecataly